巖芯鉆探事故鉆孔同徑偏斜(繞障)鉆進技術

李順強　張　濤

(貴州省地礦局一0二地質大隊)

?

巖芯鉆探事故鉆孔同徑偏斜(繞障)鉆進技術

李順強張濤

(貴州省地礦局一0二地質大隊)

摘要以貴州省遵義市紅花崗區深溪錳礦ZK4007鉆孔為例，分析了鉆探施工中事故鉆孔偏芯鍥的制作、施工工藝、鉆進方法，并對應用自制偏芯鍥繞開孔內遺留物繼續鉆進的相關注意事項進行了探討。實踐表明，通過偏斜鉆進，在保證鉆孔質量的同時，達到了鉆孔的地質目的。

關鍵詞巖芯鉆探事故鉆孔偏芯鍥偏斜鉆進

鉆探施工是地質工作中必要的驗證工序，在固體礦產深孔巖芯鉆探施工中，由于孔內事故和地質構造條件等諸多因素的存在，導致無法鉆進至目的層或打漏、打掉礦層以及礦芯采取率達不到設計要求，進而致使鉆孔質量達不到規范要求，影響了對礦區資源的準確評價[1-4]。處理深孔施工事故時費時費力且工序復雜，稍有疏忽便會導致鉆孔報廢，嚴重影響了鉆探成果及經濟效益。因此，對一些復雜且難以處理的重大孔內事故，選擇合理的處理方案，對未達地質目的孔段采取偏斜(繞障)鉆進或巖礦芯有效的彌補措施，可大幅度節約鉆探事故處理成本。貴州省遵義市紅花崗區深溪錳礦ZK4007鉆孔設計孔深1 620.00 m，傾角90°，施工設備為YDX1800全液壓動力頭鉆機，采用Q系列繩索取芯工藝鉆進。當鉆進至龍潭組煤系地層下部孔深 1 571.20 m時，鉆具被卡住，無法起拔，在事故處理過程中發生鉆桿和鉆具連接處脫扣，導致鉆具被孔壁松善層坍塌淹埋，無法處理。鑒于鉆孔事故的復雜性以及該礦區龍潭組煤系有地下涌水現象(120 t/d)，首先采用重晶石以1∶0.3配比壓井、NQ系列鉆具同徑偏斜繞開事故段鉆進的處理方案和補救措施，實現終孔孔深為1 613.35 m，偏斜工作量為61.45 m，耗時120 h。

1　偏斜鍥制作

選用一根長4．50 m的NQ繩索取芯鉆桿(要求有一端絲扣完好，便于連接下部穩定體，絲扣上部預留0.30 m)作為母體，劃線后進行氧焊切割，經熱變形處理后，將焊疤用角磨機打磨平整，便于焊接。將氧焊割下的小部分反面緊貼母體(上部預留0.10 m,用于下放偏斜鍥)形成斜面并進行焊接，在焊接時應注意熱變形，且焊疤不宜過大以免下鉆遇阻不到位引發事故。焊接完畢后用角磨機打磨，若NQ鉆頭試通過順暢即表明偏斜鍥主體已制作成功(圖1)。為增強偏斜鍥的強度和穩定性，將偏斜鍥倒置豎立，攪拌水泥砂漿灌滿偏斜鍥的內部空間并用振動器振動夯實，待其凝固即可。

圖1　NQ同徑開口式偏斜鍥(單位:mm)

2　孔內偏斜位置選擇

2.1偏斜位置確定

偏斜位置主要根據鉆孔內的事故頭位置和巖層情況確定，通常將偏斜鍥安裝于距事故頭孔段稍遠、孔壁巖性相對較軟的位置，以利于偏斜鉆具順利進行初始造孔鉆進。由于該孔內有遺留物長4.00 m，事故段孔壁坍塌較嚴重，故該偏斜鍥頂部位置確定為孔深1 550.90 m位置。

2.2事故頭孔段嚴格處理及偏斜鍥下放與固定

在下放偏斜鍥之前用NQ鉆具首先探孔，將攪拌水泥漿(水灰比0.8∶1，可加鐵粉攪拌)送至事故孔段20.00 m后起鉆。將偏斜鍥下部絲扣清理干凈，選一根與絲扣可連接的廢舊NQ鉆桿將偏斜鍥下部氧焊切割成6等份爪形，并將爪形向外突出(用φ89 mm套管接箍)。對偏斜鍥上部的預留部分鉆2個直徑8 mm小孔，孔距40 mm，取一根φ50 mm鉆桿(長1.00 m有母扣接頭即可)，卸下尖牙，在鉆桿底部鉆2個直徑8 mm小孔，孔距與偏斜鍥上部一致。用2顆直徑8 mm螺絲將偏斜鍥與φ50 mm鉆桿連接牢固并下放至事先確定的位置(孔深1 550.90 m)。偏斜鍥頂部距孔口 1 551.90 m，下鉆用水泥漿封孔(水、水泥、食鹽、三乙醇胺配比為0.7∶1∶0.02∶0.003)，用計算后的水泥用量封孔至深度1 560.00 m后起鉆待凝固。

3　導斜鉆進

3.1導斜鉆頭制作

采用φ73 mm圓鋼加工成30°錐形鉆頭，鉆頭絲扣用φ57 mm鎖接頭母扣與φ42 mm鉆桿(長約2.00 m)連接(圖2)。鉆頭圓錐部分及圓柱部分錯位等距鑲焊硬質合金，圓柱部分最大外出刃的直徑不宜大于77.5 mm。導斜鉆頭需有3～4個排水孔，確保導斜鉆進時通水順暢。

圖2　錐形導斜鉆頭

3.2導斜鉆進注意事項

水泥經過72 h已基本凝固，配鉆具下鉆進行預磨先導孔。鉆具結構為導斜鉆頭→φ42 mm鉆桿(長約2.00 m)→變絲接頭→NQ鉆桿→主動鉆桿。預先導孔時鉆機輕壓慢轉(轉速控制在60～80 r/min)、小壓力、小泵量低泵壓(但泥漿應具備足夠的潤滑性能)進行。上述過程實際上是修磨孔壁，在此過程中若發現不進尺時，應及時上下活動鉆具，有異常時應及時起鉆檢查處理。初始偏斜段孔深1 551.90～1 552.20 m時，先導鉆進1 h，進尺0.30 m，當先導鉆進不進尺且上下活動仍無效時，起鉆檢查鉆頭無異常磨損，并配備NQ鉆具熱壓金剛石舊鉆頭下鉆進行初磨，鉆進技術參數與預磨控制一致甚至略高。正常磨孔鉆進3.00 m時，起內管發現有由片狀至柱狀的完整巖芯，若加桿順利，則說明偏斜成功。

孔內取出柱狀巖芯后2回次采用小參數進行鉆進，之后用正常鉆進技術參數鉆進。鉆進中鉆機、泥漿泵與未偏斜前一致，巖石與原孔巖性完全吻合，隨著新孔的不斷加深，應調高鉆壓和轉速，直至恢復正常鉆進參數為止。采用NQ繩索取芯工藝處理超深偏斜鉆孔時，每一回次應檢查卡簧的使用情況，以保證巖芯采取率，避免偏斜的孔段有殘留巖芯；下大鉆時應保持平穩，杜絕發生跑鉆事故，避免因跑鉆或起下鉆造成偏斜鍥變形損壞乃至鉆孔報廢。

4　應用效果

同徑偏斜鍥通過在ZK4007鉆孔的試驗運用，圓滿完成了偏斜鉆探工作量61.45 m，可解決因鉆孔內事故和其他原因導致無法鉆進至目的層或打丟礦層以及礦芯采取率達不到鉆孔規范設計要求的相關難題，有助于提高鉆孔采芯率、降低鉆探施工成本。偏斜鍥可在施工現場根據孔內事故和鉆孔的實際情況因地制宜進行制作加工，結構簡單、加工方便且成本低廉，一次性偏斜成功率高，缺點是無法對偏斜鍥進行回收。采用偏斜鍥與NQ鉆桿連接的方式，特別適合于采用繩索取芯鉆進工藝施工的礦區，可利用現有的繩索取芯鉆進工藝，偏斜鍥安裝位置應準確、牢固、不轉向，施工期間起下鉆具應順暢。本研究提出的同徑偏斜(繞障)鉆進技術方案不對事故以上孔段進行擴孔、下套管，無需另外選擇小徑鉆具工藝，可有效降低鉆探風險和成本，保證巖礦芯樣品符合相關規范要求。

5　結　語

以貴州省遵義市紅花崗區深溪錳礦ZK4007鉆孔為例，對同徑偏斜(繞障)鉆進技術進行了研究，實踐表明，該鉆孔運用自制偏斜鍥導斜鉆進，偏斜工作量61.45 m，終孔孔深1 613.35 m，巖礦芯采取率達100%，成效顯著，按相關地質技術規范可認定為優質鉆孔。在繩索取芯金剛石鉆進施工的中深孔和深孔中，采用NQ同徑開口式偏斜鍥(繞障)施工技術，可繞過孔內無法處理的事故鉆具，直接鉆進和補采巖礦芯，免去拔套管、擴孔、再下套管等工序，可減少報廢工作量、節約施工成本和縮短施工工期，鉆探生產實踐驗證了該技術的可行性和有效性。

參考文獻

[1]孫一國.中深孔終孔后補打斜孔采取煤樣施工技術[J].西部探礦工程，2008(3)：16-17.

[2]首照兵，陳禮儀，張統得，等.攀西釩鈦磁鐵礦整裝勘查復雜地層鉆探護壁堵漏技術[J].西部探礦工程，2012(2)：31-34.

[3]嫣泰寧.巖土鉆掘工程學[M].武漢：中國地質大學出版社，2001.

[4]屠厚澤.鉆探工程學[M].武漢：中國地質大學出版社，1988.

(收稿日期2015-12-28)

李順強(1967—)，男，工程師，563000 貴州省遵義市匯川區。